Морская добыча нефти

 В  настоящее время на долю нефти,  добытой из морских месторождений,  приходится около 30 % всей мировой  продукции, а газа — еще  больше. Добыча нефти на шельфе  ведется при помощи погружных и полупогружных буровых платформ. В нашей стране буровых установок, которые применяют в западных странах, мало, так как они дороги. Кроме того, это сложные инженерные сооружения. Одна из самых больших установок имеет высоту 170 м, весит 10 млн т, имеет четыре опоры, в каждую из которых мог бы войти трехсекционный девятиэтажный дом. Работает на ней кран грузоподъемностью 2,5 тыс. т. Он может поднять пятиэтажный 100-квартирный дом. Бурить с такой установки можно до 48

скважин, а добыча составляет до 8 млн т нефти, что равно всей годовой добыче Каспия. Стоимость такой установки 2 млрд дол. В России эксплуатируются четыре плавучие буровые установки(рис 14), закупленные в свое время в Канаде. Установлены они в Баренцевом море и на Сахалине. Для разработки континентального шельфа России создан консорциум, в который вошли Япония и США.

Рисунок 14

УСЛОВИЯ БУРЕНИЯ НА МОРЕ

На процесс  бурения скважин на море влияют естественные, технические и технологические  факторы (рис 15)Наибольшее влияние оказывают естественныефакторы, определяющие организацию работ, конструктивное исполнение техники, ее стоимость, геологическую информативность бурения и т.п. К ним относятся гидрометеорологические, геоморфологические и горно-геологические условия.                    (Рисунок 15)

 

Гидрометеорологические  условия характеризуются волнением  моря, его ледовым и температурным  режимами, колебаниями уровня воды (приливы — отливы, сгоны —  нагоны) и скоростью ее течения, видимостью (туманы, низкая облачность, метели, осадки). 
Для большинства морей, омывающих берега России (Японское, Охотское, Берингово, Белое, Баренцево, Татарский пролив), характерна следующая средняя  повторяемость высоты волн, %: до 1,25 м (3 балла) — 57; 1,25 — 2,0 м (4 балла) — 16; 2,0 — 3,0 м (5 баллов) — 12,7; 3,0 — 5,0 (6 баллов) — 10. Средняя повторяемость высоты волн до 3,0 м в Балтийском, Каспийском и Черном морях составляет 93 %,  3,0 —5,0 м — 5 %. 
Прибрежная зона арктических морей большую часть года покрыта неподвижными припайными льдами. Судоходство здесь возможно лишь 2 — 2,5 месяца в году. В суровые зимы в закрытых заливах и бухтах арктических морей возможно бурение со льда и ледяного припая. Представляет опасность бурение со льда в периоды его таяния, разламывания и дрейфа. В то же время дрейфующий лед сглаживает волнение. Особенно это характерно для морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского. Здесь средняя повторяемость высоты волн до 3 м составляет 92 %, 3 — 5 м — 6,5 %. 
Для бурения на акваториях опасны отрицательные температуры воздуха, вызывающие обледенение бурового основания и оборудования и требующие больших затрат 
времени и труда на приведение в готовность силового оборудования после отстоя. 
Ограничивает время бурения на море также снижение видимости, которое в безледовый период чаще отмечается в ночные и утренние часы. Влияние пониженной 
видимости на процесс бурения на море можно уменьшить, применив на буровой установке и на берегу современную технику радиолокационного наведения и 
радиосвязи. 
Буровые основания подвержены в море действию течений, связанных с ветровой, приливно-отливной и общей циркуляцией вод. Скорость течений в некоторых 
морях достигает больших значений (например, в Охотском море до 5 м/с). Воздействие течений изменяется во времени, по скорости и направлению, что требует 
постоянного контроля положения плавучей буровой установки (ПБУ) и даже перестановки ее якорей. Работа при течениях свыше 1 м/с возможна только при 
усиленных якорных устройствах и средствах их развоза. 
В зоне высоких приливов и отливов обнажается дно большой части прибрежной акватории и резко увеличивается так называемая зона недоступности, в которую 
буровые суда не могут доставлять установки. Высота приливов даже на соседствующих морях и их участках различна. Так, в Японском море приливы практически не 
ощутимы, а в северной части Охотского моря они достигают 9—11 м, образуя при отливе многокилометровые полосы обнаженного дна. 
Геоморфологические условия определяются очертаниями и строением берегов, топографией и почвой дна, удаленностью точек заложения скважин от суши и 
обустроенных портов и т.п. Для шельфов почти всех морей характерны малые уклоны дна. Изобаты с отметкой 5 м находятся на расстоянии 300— 1 500 м от берега, 
а с отметкой 200 м — 20—60 км. Однако имеются желоба, долины, впадины, банки. 
Почва дна даже на незначительных площадях неоднородна. Песок, глина, ил чередуются со скоплениями ракушки, гравия, гальки, валунов, а иногда и с 
выходами скальных пород в виде рифов и отдельных камней. 
На первой стадии освоения морских месторождений твердых полезных ископаемых основным объектом геологического изучения являются участки в прибрежных 
районах с глубинами акваторий до 50 м. Это объясняется меньшей стоимостью разведки и разработки месторождений на меньших 
глубинах и достаточно большой площадью шельфа с глубинами до 50 м. Единичные разведочные скважины пробурены во впадинах глубиной до 100 м.Основная зона шельфа, разведываемая геологами, составляет полосу шириной от сотен метров до 25 км. Удаленность точек заложения скважин от берега прибурении с ледового припая зависит от ширины припайной полосы и для арктических морей достигает 5 км. 
Балтийское, Баренцево, Охотское моря и Татарский пролив не имеют условий для быстрого укрытия плавсредств в случае шторма из-за отсутствия закрытых иполузакрытых бухт. Здесь для бурения эффективнее применять автономные ПБУ, так как при использовании неавтономных установок трудно обеспечить безопасностьперсонала и сохранность установки в штормовых условиях. Большую опасность представляет работа у крутых обрывистых и каменистых берегов, не имеющихдостаточно широкой зоны пляжа. В таких местах при срыве неавтономной ПБУ с якорей ее гибель практически неизбежна. 
В районах шельфа арктических морей почти нет обустроенных причалов, баз и портов, поэтому вопросам жизнеобеспечения буровых установок и обслуживающихих кораблей (ремонт, заправка, укрытие на время шторма) здесь необходимо придавать особое значение. Во всех отношениях лучшие условия имеются в Японском ивнутренних морях России. При бурении в удаленных от возможных мест укрытий районах должна быть хорошо налажена служба оповещения прогноза погоды, априменяемые для бурения плавсредства должны обладать достаточной автономностью, остойчивостью и мореходностью.Горно-геологические условия характеризуются в основном мощностью и физико-механическими свойствами горных пород, пересекаемых скважиной. Отложенияшельфа обычно представлены рыхлыми породами с включением валунов. Основными составляющими донных отложений являются илы, пески, глины и галька. В различных 
соотношениях могут образовываться отложения песчано-галечные, суглинки, супеси, песчано-илистые и т.д. Для шельфа дальневосточных морей породы донныхотложений представлены следующими видами, %: илы — 8, пески — 40, глины — 18, галька — 16, прочие — 18. Валуны встречаются в пределах 4 — 6 % в разрезе пробуренных скважин и 1 0— 1 2 % скважин от общего их количества. 
Мощность рыхлых отложений редко превышает 50 м и изменяется от 2 до 100 м. Мощность прослоек тех или иных пород колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров, а интервалы их проявления по 
глубине не подчиняются никакой закономерности, за исключением илов, которые находятся в большинстве случаев на поверхности дна, достигая в “спокойных”закрытых бухтах 45 м.Илы в верхних слоях находятся в разжиженном состоянии, на больших глубинах несколько уплотнены: сопротивление сдвигу 16 — 98 кПа; угол внутреннеготрения 4 — 26°; пористость 50 — 83 %; влажность 35 — 90 %. Пески имеют сцепление, практически равное нулю, угол внутреннего трения 22 — 32°, пористость 37— 45 %. Сопротивление сдвигу глин составляет 60 — 600 кПа; показатель консистенции 0,18—1,70; пористость 40 — 55 %; влажность 25 — 48 % [7]. 
Породы донных отложений, за исключением глин, несвязные и легко разрушаются при бурении (II — IV категорий по буримости). Стенки скважин крайне 
неустойчивы и без крепления после их обнажения обрушиваются. Нередко из-за значительной обводненности пород образуются плывуны. Подъем керна с таких 
горизонтов затруднен, а их бурение возможно преимущественно с опережением забоя скважины обсадными трубами. 

Рисунок 16

Категории бурения(рис 16)

Катастрофы платформ

Аварии при добыче нефти(рис 17) на континентальном шельфе 
Добыче газа и нефти на морском шельфе неизбежно сопутствуют различного рода аварии. Это источники сильного загрязнения морской среды на всех стадиях проведения работ. Причины и тяжесть последствий таких аварий могут варьироваться очень сильно, это зависит от конкретного стечения обстоятельств, технических и технологических факторов. Можно сказать, что каждая отдельная авария разворачивается по своему собственному сценарию.

Самые типичные причины – это поломка оборудования, ошибки персонала и чрезвычайные природные явления, такие как  ураганный ветер, сейсмическая активность и многие другие. Основная опасность  таких аварий, разливы или выбросы  нефти, газа и массы других химических веществ и компонентов, ведет  к тяжелейшим последствиям для окружающей среды. Особенно сильное влияние  такие аварии оказывают, случаясь неподалеку от берега, на мелководье и в местах с медленным водооборотом.

Рисунок 17

Аварии  на стадии бурения 
Такие аварии связаны, в первую очередь с неожиданными выбросами жидких и газообразных углеводородов из скважины в результате прохождения буром зон с повышенным давлением. Пожалуй, только разливы нефти с танкеров, могут сравнится с такими авариями по силе, тяжести, а также частоте.Их условно можно разделить на две основные категории. Первая включает в себя интенсивный и длительный фонтанообразный выброс углеводородов, что случается, когда давление в зоне бурения становиться ненормально высоким и обычные методы заглушки не помогают. Это особенно часто происходит при разработке новых месторождений. Именно такая авария случилась при разработке месторождения Сахалин-1. 
Второй тип происшествий связан с регулярными эпизодами утечки углеводородов в течение всего времени бурения. Они не так впечатляющи, как достаточно редкие случаи фонтанирования, однако влияние, оказываемое ими на морскую среду вполне сравнимы, в силу их частоты.

Рисунок 18 
 

Аварии на трубопроводах

 
Сложные и протяженные подводные  трубопроводы были и остаются одним  из основных факторов экологического риска при добыче нефти на шельфе. Причин тому несколько, они разнятся от дефектов материала и его усталости, до тектонических движений дна и  повреждения якорями и донными  тралами. В зависимости от причины  и характера повреждения, трубопровод  может стать источником как небольшой, так и крупной утечки или выброса  нефти.(рис 19)

Рисунок 19

. 

Крупнейшие аварии на нефтедобывающих платформах

                                                            (рис 20)

• Март 1980 г. Нефтедобывающая платформа Alexander Keilland в Северном море разломилась в результате "усталости металла" и опрокинулась. Погибло 123 человека.
• Сентябрь 1982 г. Нефтедобывающая платформа Ocean Ranger (США) перевернулась в Северной Атлантике, погибло 84 человека.
• Февраль 1984 г. Один человек погиб и 2 ранены в результате взрыва на нефтедобывающей платформе в Мексиканском заливе около побережья Техаса.
• Август 1984 г. В результате взрыва и пожара на платформе Petrobras около побережья Бразилии 36 человек утонуло и 17 ранено.
• Июль 1988 г. Крупнейшая катастрофа в истории — на нефтедобывающей платформе Occidental Petroleum's Piper Alpha в результате взрыва, последовавшего за утечкой газа, погибло 167 человек.
• Сентябрь 1988 г. 4 человека погибли в результате взрыва и последующего затопления нефтедобывающей платформы, принадлежащей Total Petroleum Co. (Франция), около побережья Борнео.
• Сентябрь 1988 г. Взрыв и пожар на нефтедобывающей платформе Ocean Odyssey в Северном море, один человек погиб.
• Май 1989 г. Три человека ранены в результате взрыва и пожара на нефтедобывающей платформе Union Oil Co. (США) у берегов Аляски.
• Ноябрь 1989 г. Взрыв на нефтедобывающей платформе Penrod Drilling Co. в Мексиканском заливе, ранено 12 человек.
• Август 1991 г. Взрыв на принадлежащей Shell нефтедобывающей
• Январь 1995 г. Взрыв на принадлежащей Mobil нефтедобывающей платформе около побережья Нигерии, 13 человек погибли.
• Январь 1996 г. 3 человека погибли и 2 ранены в результате взрыва на нефтедобывающей платформе Morgan в Суэцком заливе.
• Июль 1998 г. 2 человека погибли в результате взрыва на нефтедобывающей платформе Glomar Arctic IV.
• Январь 2001 г. 2 человека погибли в результате пожара на газодобывающей платформе Petrobras около побережья Бразилии.
• 16 марта 2001 г. У берегов Бразилии взорвалась Р-56 – самая крупная нефтяная платформа в мире, которая принадлежала фирме Petrobras. Погибли 10 нефтяников. 20 марта, после серии разрушительных взрывов платформа затонула, нанеся непоправимый ущерб окружающей среде региона и общие убытки, которые по оценкам специалистов (включая упущенную выгоду) превышают миллиард долларов США. В Бразилии это сообщение вызвало массовые протесты: за последние три года на предприятиях компании случилось 99 ЧП.
• 15 октября 2001 г. По заключениям экологов, развернутое возведение нефтяных платформ на сахалинском шельфе поставило под угрозу популяцию охраняемого серого кита. Нефтяная компания «Сахалинская энергия» начала сброс в Охотское море токсичных отходов своего производства.
• 22 ноября 2001 г. – нефтяная платформа норвежской компании Statoil оторвалась от буксирного судна и ушла вместе с 70 членами команды в свободный дрейф в Норвежское море. Такие ЧП происходят в этом регионе с регулярностью наступления зимы: предыдущий случай такого рода произошел в Норвежском море в июне 2000 г.
• 6 декабря 2001 г. – во время шторма нефтяная платформа, установленная в море напротив египетского порта Саид, сорвалась с опор. Около 70 человек, находившихся на ней, были смыты в море, затем платформу понесло к Израилю. В спасательной операции участвовали американские, британские и кипрские вертолеты.
• 11 мая 2002 г. В 27 милях от Бирмингема в Северном море произошло столкновение рыболовецкого судна «Марбелла» с нефтяной платформой. Только благодаря оперативным действиям спасателей и британских ВВС, которые эвакуировали из зоны ЧП более 100 человек, обошлось без человеческих жертв.
• 14 октября 2002 г. Авария в системе электроснабжения на бразильской нефтяной платформе П-34 привела к ее крену в 45 градусов и реальной угрозе затопления. Все 76 нефтяников, работавших на ней, были переправлены на соседние платформы. Платформа П-34, принадлежащая компании "Петробраз", расположена на континентальном шельфе в 100 км от берега в штате Рио-де-Жанейро. Ежедневно на ней добывается 34 тыс. баррелей нефти и 195 тыс. кубометров газа.

 

 

Рисунок 21 
 

Затраты

Pаботы по морской добыче нефти и газа характеризуются высокой интенсивностью. Eжегодно на шельфе бурится 900-950 поисково-разведочных скважин суммарной проходкой ок. 3 млн. м и 1750-1850 эксплуатац. скважин общим метражом 4,4-4,7 млн. м. Затраты на бурение на глубине 20-30 м превышают аналогичные затраты на суше примерно в 2 раза, на глубине 50 м - в 3-4 раза, a на глубине. 200 м - в 6 раз.

 Cущественно выше и затраты на прокладку трубопроводов (в 1,5-3 раза), a также постройку нефтехранилищ (в 4-8 раз). Cтоимость ежегодно добываемой за рубежом морской нефти и газа оценивается в 60 млрд. долл. Oбычно в мировой практике в общую стоимость нефти включаются также затраты на геол.-разведочные работы. Из этих затрат, составляющих 10-30% эксплуатац. расходов, 20-30% приходится на геофизическую разведку и 70-80% на разведочное бурение.                 

 
 

Патенты

1. МОРСКАЯ БУРОВАЯ ПЛАТФОРМА И СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АКВАТОРИИ ПЛАСТОВЫМИ ВОДАМИ 2382140
2. Патент №2382188 СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СВОЙСТВ КОЛЛЕКТОРА, УХУДШЕННЫХ ПРИ ВСКРЫТИИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА БУРЕНИЕМ
3. Патент №2358087 БУРЕНИЕ БОКОВОГО СТВОЛА ИЗ ОСНОВНОЙ СКВАЖИНЫ
4. МОРСКАЯ БУРОВАЯ ПЛАТФОРМА 2382141
5. МПК7 Е 21 В 43/32. Способ изоляции притока подошвенной воды и крепления прискважинной зоны пласта газовых скважин месторождений с аномально низким пластовым давлением
6. МПК 7 Е 21 В 43/26. Способ интенсификации притоков нефти и газа 
   
7. 7 Е21 В 43/26, 43/27. Способ повышения производительности нефтяных и газовых (газоконденсатных) скважин
8. . МПК СО 9К 7/06. Патент РФ № 2167275 (2000 г.). Раствор для заканчивания и глушения низкотемпературных нефтяных и газовых скважин 
   
9. МПК 7 СО 9 К 7/06. Патент РФ № 2208034 (2003 г.). Буровой раствор на углеводородной основе 
   
10. МПК7 Е 21 В 43/26. Патент РФ № 2183739 (2002 г.). Способ гидроразрыва пласта 
    
11. 7 СО 9 К 7/00. Патент РФ № 2187529 (2000 г.). Жидкость для глушения нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин
12. . МПК 7 Е 21 В 43/32. Патент РФ № 2196877 (2003 г.). Состав для изоляции пластовых вод в нефтяных и газовых скважинах 
    
13. 7 Е 21 В 43/12. Патент РФ № 2245996 (2005 г.). Состав для блокирования и глушения скважин 
    
14. МПК 7 Е 21 В 43/32/ Патент РФ № 2196890 (2003 г.)/ Состав для изоляции пластовых вод в высокотемпературных нефтяных и газовых скважинах
15. . МПК 7 Е 21 В 43/32. Патент РФ № 2211306 (2003 г.). Состав для ремонтно-водоизоляционных работ в скважинах 
    
16. МПК 7 Е 21 В 43/32. Патент РФ № 2242626 (2004 г.). Состав для ремонтно-водоизоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах 
    . Патент РФ № 2132938 (1999 г.). Способ интенсификации добычи нефти
17. . МПК 7 Е 21 В 43/26. Патент РФ № 2209957 (2003 г.). Способ химической обработки прискважинной зоны пласта для интенсификации притока углеводородов
18. . УДК 622.276.7. Технологические жидкости для глушения газовых и газоконденсатных скважин. Клещенко И.И., Сохошко С.К., Паникаровский В.В., Юшкова Н.Е., Шестакова Н.А. (ООО «ТюменНИИгипрогаз») Зозуля Г.П. (ТюмГНГУ) 
    
19. 7 СО 9 К 7/06, Е 21 В 43/12. Патент РФ № 2213762 (2003 г.). Эмульсионный состав для глушения газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин

Заключение

    Двадцатое столетие было началом развития работ по добыче нефти и газа на шельфе морей мира (шельф Северного моря, шельф Мексиканского залива, шельф моря Бофорта, шельф Каспийского моря и др.).

Проведены значительные сейсмические и разведочные  работы в арктических морях.

    Открыты значительные запасы нефти и газа на шельфе морей и океанов, которые  являются основой для развития широкомасштабных работ по добыче нефти и газа в XXI столетии и связано с развитием  мировой экономики при возрастающей потребности в моторных топливах.

    Однако, сдерживающим фактором развития работ на шельфе морей является неподготовленность необходимых технических средств и технологий для разработки месторождений нефти и газа с учетом различных природно-климатических условий, особенно для арктических морей.

    Анализ  мирового опыта по освоению месторождений  нефти и газа на шельфе морей накопленный  в XX столетии показал, что существующие технические средства и технологии не отвечают в полной мере разнообразным  природно-климатическим условиям, к  которым могут быть отнесены:

• высокая  сейсмичность;

• наличие  айсбергов;

• наличие  ледовых полей;

• возникновение  цунами при землетрясениях;

• смерчи и ураганы, усилившиеся в последние  годы;

• поверхностные  течения, как следствие ураганов — из-за высоких скоростей ветра;

• вечная мерзлота

• глубины  моря до 1000м и более.

Участившиеся  аварии в ряде регионов служат подтверждением в необходимости решения этой проблемы. 

Морская добыча углеводородных компонентов актуальна в наше время.

Ведь недаром геологи озадачились вопросом «Ведь когда-нибудь нефть на суше кончится…и что тогда?»Началось освоение акваторий всемирного океана .Сначала вблизи суши, потом постепенно отдаляясь от береговой линии.Углеводородное сырье играет большую роль в жизни человека. Рабочие специальности, связанные с добычей и переработкой нефти востребованы.Работа хорошо оплачивается ,а также требует исчерпывающих знаний, в силу своей опасности .Но людей не пугает ответственность за свою жизнь и за жизнь людей ,находящихся рядом. Ведь в Нефтяной промышленность крутятся огромные деньги. Особенно в Морской .